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絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試
閱讀：111 發(fā)布時間：2024-11-8
南京工業(yè)大學(xué)倪磊教授團隊在 Journal of Molecular Liquids 期刊發(fā)了表題為 Study on the reaction selectivity and hazard of m-xylene nitration catalyzed by SO3H-functionalized ionic liquids with different anions: Experimental and theoretical approaches論文，該成果由國家自然科學(xué)基金委員會（編號21927815、52334006、52274209）和江蘇省“333"項目支持。
《Journal of Molecular Liquids》是化學(xué)-物理領(lǐng)域的quanwei學(xué)術(shù)期刊，專注于原子、分子和化學(xué)物理方向的研究。該期刊以其高水平的學(xué)術(shù)成果、良好的可讀性和廣泛的國際影響力而著稱。
本研究項目深入探討了五種不同類型的磺酸基咪唑類離子液體（SFILs）在催化間二甲苯硝化反應(yīng)中的選擇性和熱危險性。其中，仰儀科技的絕熱加速量熱儀TAC-500A被用于硝化產(chǎn)物的絕熱熱失控測試和熱動力學(xué)分析，為開發(fā)高效且安全的硝化工藝提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐。
硝化工藝簡述
硝化是化學(xué)工業(yè)中一種極為重要的親電取代反應(yīng)，其產(chǎn)物在zhayao、染料和醫(yī)藥等領(lǐng)域具有不可替代的作用。然而，近年來，由于操作失誤和熱累積等問題，硝化事故頻發(fā)。據(jù)中國化學(xué)品安全協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，硝化工藝在我國危險化工工藝中的事故率和致死人數(shù)均位居前列。
（左）江蘇響水“3·21"特別重大事故與
（右）江蘇聚鑫生物“12·9"重大事故
為加強危險化工工藝的風險評估，《GB/T 42300-2022 精細化工反應(yīng)安全風險評估規(guī)范》（點擊查看標準解讀）對反應(yīng)安全風險評估提出了更為嚴格的要求，明確規(guī)定了包括自動反應(yīng)量熱儀、絕熱加速量熱儀、差示掃描量熱儀和快速篩選量熱儀等在內(nèi)的關(guān)鍵評估儀器。
本研究中TAC-500A的應(yīng)用：
TAC-500A絕熱加速量熱儀通過保持反應(yīng)體系與環(huán)境溫度相等，在絕熱條件下測定樣品的熱行為，從而模擬潛在的熱失控反應(yīng)。在本研究中，研究人員使用不銹鋼量熱彈裝載約1克樣品，并采用經(jīng)典H-W-S模式，在200-400℃范圍內(nèi)，以5℃的臺階溫升搜索不同離子液體催化條件下間二甲苯硝化產(chǎn)物的自放熱行為。在每個目標溫度下，程序持續(xù)30分鐘，并設(shè)定自分解檢測閾值為0.02℃/min，以精確確定樣品的自放熱分解特性。實驗初步表明，含有較高比例的單硝基化產(chǎn)物樣品會引發(fā)更劇烈的熱解。此外，硝基甲苯產(chǎn)品在熱失控過程中具有較長的分解誘導(dǎo)期，因此，其在運輸和儲存過程中需要采取有效的溫度監(jiān)控措施。
TAC-500A絕熱加速量熱儀集成了多種反應(yīng)動力學(xué)分析方法。在反應(yīng)機理模型不明確的情況下，為避免預(yù)設(shè)模型不匹配帶來的誤差，可選擇等轉(zhuǎn)化率法進行參數(shù)擬合；而對于具有明確n級反應(yīng)動力學(xué)方程，則可直接采用速率常數(shù)法進行擬合。本研究采用了速率常數(shù)法進行計算，結(jié)果表明，與單硝基化產(chǎn)物相比，雙硝基化產(chǎn)物的分解需要額外的能量來啟動。
TAC-500A絕熱加速量熱儀在測試強放熱硝基化合物的熱危險參數(shù)方面表現(xiàn)出色。它不僅能實時追蹤反應(yīng)溫度，還能迅速捕捉絕熱溫升變化，其檢測閾值低于0.01℃/min，在確保實驗安全的同時實現(xiàn)了精確量熱。此外，其數(shù)據(jù)分析軟件還能計算二次分解反應(yīng)的熱危險參數(shù)，并生成風險評估報告。
絕熱加速量熱儀TAC-500A